Плавка металлов и сплавов характеризуется сложными физикохимическими процессами, протекающими при высоких температурах. Процесс плавки состоит из физических преобразований исходных материалов и химических реакций, в которых участвуют составляющие сплава и флюсы, а также печные газы и футеровка печей. Сущность этих процессов подробно изложена в работах, посвященных теории металлургических процессов и производству сплавов. Здесь приведены только важнейшие сведения об особенностях технологии плавки сплавов, широко применяемых при литье по выплавляемым моделям.
В зависимости от рода футеровки сталеплавильных печей плавку стали ведут основным или кислым процессом. Основная футеровка печей позволяет выплавлять сталь с пониженным содержанием фос-.
фора й Сёры, что достигают применением активных шлаков с высоким содержанием извести.
Фосфор — вредный элемент в стали. Он образует фосфиды железа, вытесняет углерод из карбидов железа, придает стали свойства хладноломкости. Реакции окисления фосфора и дефосфорации идут в расплавленном металле (гомогенная реакция) и на поверхности раздела металл—шлак (гетерогенная реакция).
В печи с основной футеровкой окись кальция связывает пятиокись фосфора в химически устойчивое соединение — тетрафосфат кальция (СаО)
-я Р]> переходящее в шлак.
Сера — также вредный элемент в стали. Сульфиды железа, не растворяясь в твердом растворе, образуют хрупкую эвтектику по границам зерен и вызывают красноломкость стали в интервале температур 800—1200 °С. Процесс удаления серы (десульфурация стали) происходит в присутствии высокоосновного активного известкового шлака при высокой температуре.
Кислая футеровка печей разрушается основным известковым шлаком, поэтому известь при кислой футеровке применяют в ограниченном количестве. Кислые шлаки тугоплавки, малоподвижны. Удалить фосфор и серу в печах с кислой футеровкой практически невозможно. Однако сталеплавильные печи с кислой футеровкой имеют преимущества перед печами с основной футеровкой в долговечности и меньшей стоимости.
Подбирая шихту с малым содержанием серы и фосфора, можно успешно вести плавку в печах с кислой футеровкой. При плавке специальных сталей с высоким содержанием марганца, никеля, титана, алюминия и со строго ограниченным содержанием кремния происходит насыщение сплава кремнием, восстанавливающимся из кислой футеровки, что недопустимо.
".
Пр-и выплавке марганцовистых сплавов кислая футеровка быстро разрушается, так как закись марганца, реагируя с кремнеземом футеровки, образует легкоплавкий силикат марганца. Алюминий и титан восстанавливают кремний из футеровки. Никелевохромовые сплавы, выплавляемые в кислой печи, загрязняются мелкодисперсными включениями кремнезема («кремнистая муть»), которые иногда неразличимы под микроскопом, но, располагаясь между первичными кристаллами, сильно снижают ударную вязкость сплава и ухудшают его пластические свойства. Поэтому такие стали и сплавы плавят в печах с основной футеровкой.
В производстве литья по выплавляемым моделям сталь плавят без окисления, чаще всего методом переплава в электрических индукционных печах.
Для плавки без окисления тщательно рассчитывают шихту и составляют ее из свежего сплава и возврата или при необходимости снижения содержания углерода в стали — из 70—80 % возврата и 20—30 % низкоуглеродистой стали (0,1 —0,15 % С; % Р).
Шихту расплавляют при максимальном нагреве металла. К раскислению приступают после расплавления шихты и доводки стали по химическому составу. При раскислении происходит восстановление
рис. 7.1. Схема индукционной плавильной печи повышенной частоты с машинным преобразователем.
.
закиси железа, растворенной как в металле, так и в шлаке. Кроме того, раскислители, частично восстанавливающие легирующие